1 柔性交流輸電技術(FACTS)技術將扮演重要的角色

　　近年來,中國電力工業(yè)發(fā)展迅速。隨著新建電廠的不斷并網(wǎng)發(fā)電,中國電力系統(tǒng)總裝機容量上了新的臺階,然而整個電力系統(tǒng)出現(xiàn)了輸電網(wǎng)絡建設滯后于電廠建設的問題。許多長距離輸電線輸送的功率受到穩(wěn)定極限的限制,這些輸電線線路中間和受端由于缺乏強有力的電壓支撐,其穩(wěn)定極限大大低于其熱穩(wěn)定極限[1]。這導致送端的發(fā)電廠窩電現(xiàn)象突出,發(fā)電廠的容量不能得到充分地應用。如何提高長距離輸電線的穩(wěn)定極限接近甚至達到其熱穩(wěn)定極限是一項有價值而且緊迫的工作。FACTS技術為增強輸電系統(tǒng)提供了新的手段。安裝在長距離輸電線中間或受端的靜止無功補償裝置（STATCOM）能夠提供電壓支撐從而能極大地提高長距離輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由清華大學與河南省電力局合作研制的安裝在河南洛陽朝陽變電站的20MVA STATCOM裝置,根據(jù)數(shù)字仿真和分析,每Mvar 的無功功率可以提高0.7MW的有功功率輸送極限。在我國還有許多類似的例子。表1是近年來發(fā)生在中國電力系統(tǒng)的各種穩(wěn)定事故的統(tǒng)計報告[2]。
　　

從表1可以看到雖然近年來事故的總數(shù)已經(jīng)減少,但每次事故引起的停電功率卻有很大的增加,因而每次事故造成的損失也比以前的事故造成的損失大得多。大部分的事故是由于故障引起的,幾乎所有的事故最終都是穩(wěn)定問題如功角穩(wěn)定問題或動態(tài)電壓穩(wěn)定問題。因此迫切需要動態(tài)無功功率補償裝置來增強電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。然而,中國的電力系統(tǒng)普遍缺乏控制調節(jié)無功功率和電壓的手段,特別是缺乏快速的動態(tài)無功功率補償裝置。目前在500kV變電站安裝有一定數(shù)量的靜止無功補償器（SVC）裝置[3],但由于許多是可投切的電容器組（TSC）或電抗器（TSR）,而真正可快速連續(xù)調節(jié)的電抗器（TCR）較少,而500kV以下的變電站則幾乎沒有TCR裝置,因而遠遠不能滿足系統(tǒng)對動態(tài)無功功率和電壓控制的要求。到目前為止,中國對動態(tài)電壓崩潰的研究還處于起步階段,電力系統(tǒng)中提高動態(tài)電壓穩(wěn)定性的手段還非常缺乏。在負荷中心,現(xiàn)有許多投切電容器用于提高負荷的功率因數(shù),維持節(jié)點電壓,但一旦系統(tǒng)電壓降低,這種投切電容將惡化系統(tǒng)的動態(tài)電壓穩(wěn)定性。這種情況只能通過安裝大容量的SVC裝置或STATCOM裝置來改善。仿真結果表明一旦長江三峽水電站投入運行,為提高華中電網(wǎng)的動態(tài)電壓穩(wěn)定性至少需要安裝1000MVA以上的動態(tài)無功補償裝置[4]。圖1示出了當華中電網(wǎng)發(fā)生故障時,在玉賢變電站采取各種不同的措施時電壓的動態(tài)過程。圖1表明,由于動態(tài)過程中電壓的跌落,一定容量的STATCOM裝置的無功補償能力相當于1.3~1.5倍同容量的SVC裝置。關于華北和華東電網(wǎng)如何規(guī)劃安裝FACTS裝置的分析和數(shù)字仿真正在進行中,初步的結果也表明為提高其動態(tài)電壓穩(wěn)定性迫切需要安裝大容量的STATCOM裝置。

2 中國的FACTS研究概述

　　1985年,華北電力學院研制出了中國第一臺基于晶閘管的新型靜止無功發(fā)生器的實驗樣機。
　　1994年,在中國電力部的支持下,清華大學與河南省電力局簽定了合作研制中國首臺20MVA STATCOM工業(yè)裝置的合同。該項目代表了中國在工程應用領域正式研制FACTS技術裝置的新開端。該項目作為電力部的重大攻關項目獲得了中國電力工業(yè)界普遍的關注。1996年,作為第一階段的成果,基于GTO的300KVA STATCOM模型樣機在河南省鄭州孟砦變電站投入運行�，F(xiàn)場測試獲得的良好的靜態(tài)和動態(tài)特性表明STATCOM裝置在提高系統(tǒng)性能方面的有效性和裝置本身設計的正確性。1999年3月,20MVA STATCOM工業(yè)裝置成功地在河南省洛陽朝陽220kV變電站投入運行,這標志著中國FACTS技術發(fā)展進入了一個新的階段[5]。該項目在2000年6月通過由中國電力部組織的鑒定。目前,清華大學正與上海電力局合作,進行50MVAR STATCOM的研制,該項目目前已啟動。
　　1996年,中國電力科學研究院、清華大學、上海交通大學和東南大學與東北電力局合作,在國家自然科學基金的支持下開始聯(lián)合研究可控串聯(lián)電容補償裝置（TCSC）。其中電力科學研究院研究TCSC裝置的過電壓絕緣問題,清華大學負責研究TCSC裝置的動態(tài)物理模型及其控制規(guī)律,上海交通大學和東南大學則負責研究次同步振蕩（SSR）及其它問題。該項目已經(jīng)在2000年7月通過驗收及鑒定。
　　不僅FACTS技術的研究在中國受到重視,而且“用戶電力技術”研究也一直在緊張地進行著。早在二十世紀七十年代后期,清華大學電機工程與應用電子技術系的研究人員就開始進行諧波補償?shù)难芯�。他們分別對鞍山和寶山鋼鐵公司的鋼廠廠用電系統(tǒng)進行了諧波分析而且為廠用電系統(tǒng)設計了相應的諧波濾波器。九十年代以來,清華大學、哈爾濱工業(yè)大學與西安交通大學等一直在進行有源濾波裝置（APF）的研制工作。為了將STATCOM的研究成果用于解決配電系統(tǒng)的電能質量問題,1997年以來,清華大學與澳門大學開始合作研究配電系統(tǒng)電能質量統(tǒng)一調節(jié)器（DS-UniCon）[6]。這種電能質量統(tǒng)一調節(jié)器采用蓄電池作為能量儲存單元,采用基于IGBT的三電平變流器,它不僅可以濾除諧波、補償無功功率,而且可以補償系統(tǒng)電壓的不平衡。DS-UniCon的目的是補償“用戶電力技術”中各種電能質量問題從而提高電能的質量、可靠性和安全性。1999年,基于IGBT的三電平變流器的5KVA并聯(lián)DS-UniCon裝置研制成功并通過了測試。串并聯(lián)的復合的DS-UniCon裝置還在研制之中。
　　中國經(jīng)濟的快速發(fā)展為FACTS和DFACTS技術的研究與應用提供了良好的機遇,也為電力工作者充分發(fā)揮其聰明才智提供了廣闊舞臺。

3 20MVA STATCOM介紹